JP5573315B2

JP5573315B2 - 自動溶接方法及び装置

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Publication number: JP5573315B2
Application number: JP2010088862A
Authority: JP
Inventors: 暁行守田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2030-04-07
Also published as: JP2011218391A

Description

本発明は、母管の円周方向及び長手方向に多数の枝管を溶接するために用いる自動溶接方法及び装置に関するものである。

ボイラ等におけるヘッダ（管寄せ）の１つの形式として、母管の外周面に、円周方向及び長手方向（軸心方向）に複数の枝管（スタブ管）を接続した形式のものがある。

この種のヘッダを製造する場合、横向きに配置した母管の外周面における周方向の１個所、たとえば、外周面の上端側位置に、該母管の長手方向に所要間隔で配列される複数の枝管を溶接して取り付け、次いで、上記母管を、周方向に所要角度回転させてから、新たに該母管の外周面の上端側となる位置に、長手方向に所要間隔で配列される複数の枝管を溶接して取り付け、以降、上記手順を順次繰り返して行うことで、上記母管の外周面の円周方向及び長手方向に多数の枝管を取り付ける手法が多く用いられている。

更に、上記横向きに配置した母管の外周面における上端側位置に該母管の長手方向に所要間隔で配列される枝管を取り付けるための溶接作業を、溶接トーチを備えたロボットを用いて自動化できるようにした自動溶接装置が種々提案されている。

この種の自動溶接装置の１つとして、たとえば、母管に対する枝管の取り付けピッチが小さくて、枝管の間隔が狭隘となっている場合に用いるための自動溶接装置（自動溶接機）としては、たとえば、上記母管に対して取り付ける枝管を挟んだ位置にそれぞれ配置した個別の溶接トーチを備えた２基のロボットにより、１つの枝管の基端部の周方向の全周に亘る母管との溶接個所を、半円周ずつ順次溶接を行わせるようにした形式のものがある（たとえば、特許文献１参照）。

又、上記ヘッダ製造時における母管と枝管との溶接作業を行う際に、通常の溶接トーチではアクセスが困難な狭隘部であっても、枝管の周方向の全周に亘り溶接トーチを移動させながら隅肉溶接を行うことができるようにした形式の自動溶接装置としては、図６及び図７に示す如きものが提案されている。

これは、図６に示すように、母管１の長手方向に配列して取り付ける複数の枝管２の取付位置に応じて該母管１の長手方向に沿って移動可能に設けた多関節ロボット３の先端側に、枝管溶接機（スタブ管溶接機）４を取り付けた構成としてある。

更に、上記枝管溶接機４は、図７に示すように、枝管２を半径方向から挿入して包囲可能な切欠部５ａを備えた馬蹄型ガイド５と、上記枝管２を半径方向から挿入して包囲可能な切欠部６ａを備え且つ上記馬蹄型ガイド５の下側に該馬蹄型ガイド５の切欠部５ａを超えて回転可能に支持された切欠付リングギア６と、上記馬蹄型ガイド５に対し上記リングギア６を相対的に回転駆動させる駆動機構７と、上記リングギア６に固定されていて該リングギア６と同じ方向の位置に切欠部８ａを備えたトーチ取付部材８と、該トーチ取付部材８の下側にスライドガイド１０を介して径方向にスライド可能に取り付けたトーチ支持ブロック９と、該トーチ支持ブロック９に下向きに取り付けると共に下端部が上記リングギア６の中心側に向くように取り付けた溶接トーチ１１とからなる構成としてある。

これにより、上記枝管溶接機４では、上記リングギア６の切欠部６ａの位相を、上記馬蹄型ガイド５の切欠部５ａの位相に合わせた状態で、上記多関節ロボット３の操作により枝管溶接機４を、母管１の外周面の上端側位置に仮止めしてある枝管２に対し側方より近接させて、該枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５及びリングギア６の切欠部５ａ，６ａを、上記枝管２に外嵌させ、これにより、上記リングギア６にトーチ取付部材８、スライドガイド１０及びトーチ支持ブロック９を介して取り付けてある上記溶接トーチ１１を、上記枝管２と母管１との溶接個所の周方向の１個所に向けて配置できるようにしてある。

その後、上記駆動機構７によりリングギア６を駆動させると、該リングギア６と一緒に上記溶接トーチ１１は、上記枝管２の周りで、上記馬蹄型ガイド５の切欠部５ａを越えて周回動作させられるようにしてある。

したがって、この周回動作する溶接トーチ１１により、上記馬蹄型ガイド５の内側に配置させている枝管２とその下方の母管１との溶接個所を、周方向の全周に亘って溶接できるようにしてある（たとえば、特許文献２参照）。

上記のような自動溶接装置における溶接トーチを備えたロボットを用いて母管に対する枝管の溶接作業を自動化させる場合は、上記ロボットにより、溶接トーチを、枝管と母管との間の溶接個所、すなわち、枝管の基端部の周方向に延びる溶接個所に正確に沿わせて移動させる制御を行う必要がある。

ところで、実際の溶接作業時には、枝管の溶接時の熱の影響により母管自体が撓んだり、歪んだりすることがある。又、上記母管における枝管取り付け部分には、該枝管に連通させるための孔が設けてあるが、その加工精度により孔自体の位置に多少の誤差が生じることもある。

そのため、自動溶接装置における溶接トーチを備えたロボットにて、溶接トーチの移動の制御を、上記母管及び各枝管により製造するヘッダについてのＣＡＤデータのような設計データを基に実施しようとしても、実際の母管と枝管との溶接個所に対して溶接トーチを正確に配置できなくなる可能性がある。

そこで、たとえば、図７に示した自動溶接装置では、上記多関節ロボット３に取り付けた枝管溶接機４における馬蹄型ガイド５の先端部に、光学センサ等の非接触式、又は、タッチセンサ（探触子）の如き接触式のセンサ装置（図示せず）を装備してなる構成として、上記多関節ロボット３により上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５と一緒に移動させる該センサ装置を用いて、溶接対象とする枝管２の位置や、枝管２の馬蹄型ガイド５に対する相対的な傾き等を検出して、その検出結果を基に該枝管２と母管１との溶接個所の計測を行い、該計測された溶接個所の位置情報に基づいて上記馬蹄型ガイド５や溶接トーチ１１の配置の調整を行うことにより、母管１と枝管２の実際の溶接個所に対し、上記枝管溶接機４の溶接トーチ１１の正確な位置決めを実施できるようにしてある（たとえば、特許文献２参照）。

特開平８−１５０４７３号公報特開平１０−１９３１１２号公報

ところが、特許文献２に示された自動溶接装置のように、枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５の先端部に装備した位置決め用のセンサ装置により枝管２の位置や馬蹄型ガイド５に対する相対的な傾き等を検出する手法は、その検出結果に応じて上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５や溶接トーチ１１の配置を調整することができて、母管１と各枝管２との溶接個所に対して上記枝管溶接機４の溶接トーチ１１を正確に配置するのに有効であるが、母管１に複数の枝管２を溶接する際の単位時間当たりの処理能力（スループット）に限界があるというのが実状である。

すなわち、上記のようなセンサ装置を用いて行う母管１と枝管２との溶接個所を計測するためのセンシング作業は、各枝管２について、母管１の長手方向、及び、それに直角な水平方向の位置を検出する必要があると共に、該各枝管２の馬蹄型ガイド５に対する相対的な傾きを検出するためには、上記母管１の長手方向と、それに直角な水平方向の位置検出を、各枝管２の上下方向の複数個所で行う必要がある。そのため、１つの枝管２に対するセンシング作業に要する時間が、該枝管２と母管１との溶接個所を上記枝管溶接機４の溶接トーチ１１を用いて溶接する溶接作業に要する時間とほぼ同等となることがある。更には、上記１つの枝管２についてのセンシング作業に、該枝管２の溶接作業の倍の時間を要することもある。

しかし、上記特許文献２に示された自動溶接装置では、１つの多関節ロボット３に溶接トーチ１１を備えた枝管溶接機４とセンサ装置を共に取り付けているため、或る枝管２について、上記１つの多関節ロボット３によるセンサ装置を用いた溶接個所のセンシング作業と、該センシング作業により計測された溶接個所に対する枝管溶接機４の溶接トーチ１１を用いた溶接作業とをすべて完了した後、溶接順序が次の枝管２を対象として、上記と同様の多関節ロボット３を用いた溶接個所のセンシング作業と、枝管溶接機４の溶接トーチ１１を用いた溶接作業を行う必要がある。

したがって、上記母管１に対して該母管１の長手方向に配列された複数の枝管をすべて溶接するまでに要する溶接処理時間は、１つの枝管についてのセンシング作業に要する時間と溶接作業に要する時間の和に、溶接すべき複数の枝管の本数を掛けた値となる。しかも、上記１つの枝管についてのセンシング作業に要する時間、及び、溶接作業に要する時間の短縮化を図ろうとしても、自ずから限界があるため、上記母管１に複数の枝管２を溶接する溶接処理時間の短縮化が望まれても、単位時間当たりの処理能力を向上させることには限界が生じてしまう。

なお、特許文献１に示された自動溶接装置では、１つの枝管の基端部の周方向の全周に亘る母管との溶接個所を、個別の溶接トーチを備えた２基のロボットにより半円周ずつ溶接を行わせるようにしてあるが、上記２基のロボットの溶接トーチによる溶接ビードの継ぎ部に内部欠陥が生じる虞を防止するために、該２基のロボットの溶接トーチによる上記溶接個所の半円周ずつの溶接作業は、アークを引き継ぐことができるように交互に行わせる必要があるため、溶接作業に要する時間を短縮できるものではない。しかも、母管に対して複数の枝管をすべて溶接するまでに要する溶接処理時間の短縮化を図る考えは特に示されていない。

そこで、本発明は、母管に該母管の長手方向に配列した複数の枝管を取り付けるための溶接作業の作業効率を高めて、溶接処理時間の短縮化を図ることができるようにするための自動溶接方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、母管の長手方向の一端側より他端側へ配列した複数の枝管における最初の枝管について、母管の長手方向に移動可能なロボットの先端部にセンサ装置を備えたセンシングモジュールの該センサ装置によるセンシング作業を、上記母管の長手方向に移動可能な上記センシングモジュールのロボットとは別のロボットの先端部に溶接トーチを備えた枝管溶接機を設けてなる溶接モジュールによる溶接作業に先行して行って、該枝管についての位置計測結果の情報を、制御装置に一旦記憶させ、次いで、上記各枝管における２番目以降の枝管について、上記センシングモジュールのセンサ装置によるセンシング作業、及び該センシング作業によって得られる上記枝管についての位置計測結果の情報を制御装置に記憶させる作業をしているときに、上記溶接モジュールにより、上記制御装置に記憶された枝管の位置計測結果の情報を取得すると共に、該取得した位置計測結果の情報に基づいた枝管溶接機の溶接トーチの位置を制御しながら、上記各枝管の母管に対する溶接作業を行うようにする自動溶接方法とする。

又、請求項２に対応して、ロボットの先端部にセンサ装置を備えたセンシングモジュールと、上記センシングモジュールのロボットとは別のロボットの先端部に溶接トーチを備えた枝管溶接機を設けてなる溶接モジュールとを、複数の枝管を取り付けるための母管の片側で、該母管の長手方向に沿って独立して移動可能に設け、更に、上記センシングモジュールのセンサ装置によるセンシング作業によって得られる各枝管についての位置計測結果の情報を一旦記憶して、該一旦記憶した各枝管についての位置計測結果の情報を上記溶接モジュールへ与える機能を備えた制御装置を備え、上記センシングモジュールのセンサ装置によるセンシング作業、及び該センシング作業によって得られる上記枝管についての位置計測結果の情報を上記制御装置に送信する作業をしているときに、上記制御装置に記憶された枝管についての位置計測結果の情報を基に上記溶接モジュールによる溶接作業を行うことができる構成を有する自動溶接装置とする。

本発明によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）母管の長手方向の一端側より他端側へ配列した複数の枝管における最初の枝管について、母管の長手方向に移動可能なロボットの先端部にセンサ装置を備えたセンシングモジュールの該センサ装置によるセンシング作業を、上記母管の長手方向に移動可能な上記センシングモジュールのロボットとは別のロボットの先端部に溶接トーチを備えた枝管溶接機を設けてなる溶接モジュールによる溶接作業に先行して行って、該枝管についての位置計測結果の情報を、制御装置に一旦記憶させ、次いで、上記各枝管における２番目以降の枝管について、上記センシングモジュールのセンサ装置によるセンシング作業、及び該センシング作業によって得られる上記枝管についての位置計測結果の情報を制御装置に記憶させる作業をしているときに、上記溶接モジュールにより、上記制御装置に記憶された枝管の位置計測結果の情報を取得すると共に、該取得した位置計測結果の情報に基づいた枝管溶接機の溶接トーチの位置を制御しながら、上記各枝管の母管に対する溶接作業を行うようにする自動溶接方法、及び、ロボットの先端部にセンサ装置を備えたセンシングモジュールと、上記センシングモジュールのロボットとは別のロボットの先端部に溶接トーチを備えた枝管溶接機を設けてなる溶接モジュールとを、複数の枝管を取り付けるための母管の片側で、該母管の長手方向に沿って独立して移動可能に設け、更に、上記センシングモジュールのセンサ装置によるセンシング作業によって得られる各枝管についての位置計測結果の情報を一旦記憶して、該一旦記憶した各枝管についての位置計測結果の情報を上記溶接モジュールへ与える機能を備えた制御装置を備え、上記センシングモジュールのセンサ装置によるセンシング作業、及び該センシング作業によって得られる上記枝管についての位置計測結果の情報を上記制御装置に送信する作業をしているときに、上記制御装置に記憶された枝管についての位置計測結果の情報を基に上記溶接モジュールによる溶接作業を行うことができる構成を有する自動溶接装置としてあるので、母管に取り付ける各枝管についてのセンシング作業と、母管に対する溶接作業を、上記センシングモジュールと、溶接モジュールにより独立して行わせることができ、このため、上記センシングモジュールでは各枝管の位置計測を連続して次々に実施することができる一方、溶接モジュールでは、各枝管の溶接作業のみに時間を割くことができる。
（２）したがって、上記溶接モジュールを用いて或る溶接順序の枝管の溶接作業を実施している間に、上記センシングモジュールを用いて溶接順序がより後の枝管についてのセンシング作業を並行して実施することができるため、上記母管に対し上記複数の枝管をすべて溶接するまでに要する溶接処理時間を低減させることができる。これにより、上記母管に複数の枝管を溶接する溶接処理に関する単位時間当たりの処理能力（スループット）を向上させることが可能になる。

本発明の自動溶接装置の実施の一形態を示す概略平面図である。図１の自動溶接装置を使用して母管に対して複数の枝管の溶接を行う際の溶接処理手順を示すもので、（イ）はセンシングモジュールのセンサ装置により溶接順序が１番目の枝管と母管の溶接個所の位置計測を行なう状態を、（ロ）は溶接モジュールの枝管溶接機により溶接順序が１番目の枝管と母管との溶接作業を行う状態をそれぞれ示す概略平面図である。図１の自動溶接装置を使用して行う溶接処理手順として、図２（ロ）に続く手順を示す概略平面図である。図１の自動溶接装置を使用して行う溶接処理手順として、溶接用モジュールの枝管溶接機により溶接順序が最後の枝管と母管との溶接作業を行う状態を示す概略平面図である。本発明の実施の他の形態を示す概略平面図である。従来の枝管溶接用の自動溶接装置を示す概略斜視図である。図６の自動溶接装置における枝管溶接機を拡大して示す平面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

図１乃至図４は本発明の自動溶接方法及び装置の実施の一形態を示すもので、以下のようにしてある。

すなわち、図１は、本発明の自動溶接装置を示すもので、母管１の一側に、該母管１の長手方向に平行に延びるガイドレール１２を設置する。

更に、多関節ロボット１４の先端側に、図６及び図７に示した自動溶接装置における枝管溶接機４と同様に、ガイドとしての馬蹄型ガイド５と、該馬蹄型ガイド５に保持された状態でリングギア６と共に円周動作可能な溶接トーチ１１（図７参照）を備えてなる枝管溶接機４を取り付けてなる溶接モジュール１３、及び、別の多関節ロボット１６の先端側に、母管１の長手方向に配列してある各枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎと母管１との溶接個所計測用のセンサ装置１７を取り付けてなるセンシングモジュール１５をそれぞれ形成し、１基ずつの上記溶接モジュール１３及びセンシングモジュール１５を、上記ガイドレール１２の長手方向の一端側（図では右側）より順に並べて配置した状態で、該各モジュール１３，１５における多関節ロボット１４，１６を、上記ガイドレール１２に、独立して往復動可能に取り付ける。

なお、図示する便宜上、上記溶接モジュール１３における多関節ロボット１４は、上記母管１の長手方向と対応するガイドレール１２の長手方向であるＸ軸方向へ移動する機能と、それに直角な水平方向であるＹ軸方向へ上記枝管溶接機４を移動させる機能以外の構成は簡略化して記載してある。又、上記枝管溶接機４は、馬蹄型ガイド５以外の構成の記載は省略してある。更に、上記センシングモジュール１５における多関節ロボット１６は、上記Ｘ軸方向へ移動する機能と、上記Ｙ軸方向へ上記センサ装置１７を移動させる機能以外の構成は簡略化して記載してある（後述の図２（イ）（ロ）乃至図５も同様）。

更に、上記センシングモジュール１５より入力される上記各枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎの位置計測結果の情報を一旦記憶する機能と、上記溶接モジュール１３へ、該溶接モジュール１３により溶接しようとする枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎについて記憶してある位置計測結果を与える機能を有する制御装置１８を備えた構成とする。

詳述すると、上記ガイドレール１２は、上記母管１に対して取り付けるべき複数の枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎが配列されている個所よりも母管１の長手方向の両側に所要寸法ずつ突出する長さ寸法に設定してある。これにより、図２（イ）に示すように、上記各枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎのうち、最も母管１の長手方向の一端寄り（図では右寄り）に配置される枝管２ａと対応する位置に上記センシングモジュール１５を配置するときには、上記ガイドレール１２の長手方向一端部を溶接モジュール退避個所として、該個所へ上記溶接モジュール１３を退避させることができるようにしてある。又、図４に示すように、上記各枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎのうち、最も母管１の長手方向の他端寄り（図では左寄り）に配置される枝管２ｎと対応する位置に上記溶接モジュール１３を配置するときには、上記ガイドレール１２の長手方向他端部をセンシングモジュール退避個所として、該個所へ上記センシングモジュール１５を退避させることができるようにしてある。

上記センシングモジュール１５におけるセンサ装置１７は、上記各枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎを個別に検出できるようにしてあれば、光学センサや磁気センサ等の非接触式、又は、タッチセンサ（探触子）の如き接触式のいずれの形式のセンサ装置１７を用いるようにしてもよい。なお、図示したセンサ装置１７の形状は一例であり、検出形式等に応じてセンサ装置１７の形状は適宜変更してもよい。

更に、上記センシングモジュール１５は、上記多関節ロボット１６の先端部の位置の制御を介して上記センサ装置１７の上記Ｘ軸方向及びＹ軸方向と、上下方向であるＺ軸方向の位置を制御できるようにしてあり、且つ必要に応じて、上記多関節ロボット１６の先端部の角度の制御を介して上記センサ装置１７のＸＹＺの各軸方向を中心とする角度姿勢を制御できるようにしてある図示しないロボットコントローラを備えて、該ロボットコントローラに、上記センサ装置１７による各枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎの検出信号を入力できるようにしてある。これにより、上記ロボットコントローラにより、たとえば、上記母管１及び各枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎにより製造しようとするヘッダについてのＣＡＤデータ等の設計データを基に、上記多関節ロボット１６を制御してセンサ装置１７を各枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎに所要の順序で順次近接させ、上記センサ装置１７を近接させた枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎが該センサ装置１７により検出されて、その検出信号が上記ロボットコントローラへ入力されるようになる時点での上記多関節ロボット１６の先端部の上記センサ装置１７の位置や角度姿勢を基に、該センサ装置１７によって検出された上記枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎのＸＹ軸方向の位置や、Ｚ軸方向に対する傾きを測定し、更に、該枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎの下端部における母管１との溶接個所の位置を計測できるようにしてある。

更に又、上記センシングモジュール１５は、上記センサ装置１７により検出した上記枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎのＸＹ軸方向の位置や、Ｚ軸方向に対する傾きや、該枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎと母管１との溶接個所についての位置計測結果の情報を、制御装置１８へ送信する機能を備えるようにしてある。

上記制御装置１８は、上記センシングモジュール１５より或る枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎについての位置計測結果の情報や、該枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎと母管１との溶接個所についての位置計測結果の情報が入力されると、その位置計測結果の情報を個々の枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎと関連付けた状態、たとえば、各枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎの溶接順序と関連付けた状態で一旦記憶することができるようにしてある。

更に、上記制御装置１８は、上記記憶してある各枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎの位置計測結果の情報のうち、溶接モジュール１３が溶接しようとする枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎについて記憶してある位置計測結果の情報を読み出して、上記溶接モジュール１３へ与える機能を備えるようにしてある。

上記溶接モジュール１３は、上記多関節ロボット１４の先端部に設けてある上記枝管溶接機４のＸＹＺ軸の各軸方向の位置と、各軸方向を中心とする角度姿勢を制御できるようにしてある図示しないロボットコントローラを備えた構成としてある。更に、上記制御装置１８より与えられる溶接しようとする枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎについての位置計測結果の情報、すなわち、該枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎ自体や、該枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎと母管１との溶接個所についての位置計測結果の情報を取得すると、該取得した位置計測結果の情報を基に、上記図示しないロボットコントローラにより、多関節ロボット１４の先端部に設けてある上記枝管溶接機４のＸＹＺの各軸方向の位置及び各軸を中心とする角度姿勢を制御することにより、該枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を、上記溶接しようとする枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎに対する傾きを防止した状態で、該溶接しようとする枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎに対して側方（Ｙ軸方向の一方）より外嵌させて、該馬蹄型ガイド５の中心に上記溶接しようとする枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎが位置するように枝管溶接機４を正確に配置させる機能を備えると共に、上記溶接しようとする枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎを、上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５の中心に配置させた状態で、溶接トーチ１１（図７参照）を上記溶接しようとする枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎの周りで円周動作させながら、該溶接トーチ１１（図７参照）により上記溶接しようとする枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎと母管１との溶接個所を、周方向の全周に亘り溶接作業を実施する機能を備えるようにしてある。

以上の構成としてある本発明の自動溶接装置を用いて母管１に対して複数の枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎを取り付ける溶接処理を実施する場合は、予め、上記母管１の外周面の所要個所、たとえば、外周面の上端側位置に、上下方向に延びる枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎを、該母管１の長手方向（Ｘ軸方向）に所要間隔で複数配置して、該各枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎの下端部を、上記母管１の対応する個所に仮付けしておく。

又、上記各枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎについて、図２（イ）に示すように、母管１の長手方向一端側（図上右側）の枝管２ａを１番目とし、長手方向他端側（図上左側）の枝管２ｎが最後となるように、各枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎの溶接順序を定めておく。

この状態で溶接処理を開始させると、先ず、図２（イ）に示すように、溶接モジュール１３がガイドレール１２の長手方向一端部に退避した状態で、センシングモジュール１５が、溶接順序が１番目の枝管２ａの側方となるガイドレール１２上の所要個所まで移動した後、多関節ロボット１６の作動によりセンサ装置１７を上記溶接順序が１番目の枝管２ａに近接させて、該溶接順序が１番目の枝管２ａについて、そのＸＹ軸方向の位置や、Ｚ軸方向に対する傾きを測定し、その結果を基に、該枝管２ａの下端部における母管１との溶接個所の位置を計測する。

上記のようにしてセンシングモジュール１５により上記溶接順序が１番目の枝管２ａについてのＸＹ軸方向の位置や、Ｚ軸方向に対する傾きや、該枝管２ａと母管１との溶接個所の位置計測が行われると、その位置計測結果の情報が、該センシングモジュール１５より制御装置１８へ送られるようになるため、該制御装置１８では、上記センシングモジュール１５より入力された位置計測結果の情報を、上記溶接順序が１番目の枝管２ａと関連付けた状態で記憶する。

次いで、図２（ロ）に示すように、上記センシングモジュール１５は、ガイドレール１２に沿って溶接順序が２番目の枝管２ｂの側方となる所要個所まで移動した後、上記溶接順序が１番目の枝管２ａの場合と同様に、センサ装置１７による上記溶接順序が２番目の枝管２ｂについて、そのＸＹ軸方向の位置や、Ｚ軸方向に対する傾きを測定し、その結果を基に、該枝管２ｂの下端部における母管１との溶接個所の位置を計測し、その位置計測結果の情報を、上記制御装置１８へ送る作業（以下、センシング作業と云う）を行う。よって、上記制御装置１８では、上記センシングモジュール１５より入力された位置計測結果の情報を、上記溶接順序が２番目の枝管２ｂと関連付けた状態で記憶する。

上記のようにしてセンシングモジュール１５が溶接順序が１番目の枝管２ａの側方より溶接順序が２番目の枝管２ｂの側方へ移動すると、溶接モジュール１３が、ガイドレール１２に沿って溶接順序が１番目の枝管２ａの側方となる位置まで移動する。更に、この状態で、上記溶接モジュール１３は、上記制御装置１８に記憶してある上記溶接順序が１番目の枝管２ａについての位置計測結果の情報を取得し、該取得した位置計測結果の情報を基に、多関節ロボット１４の先端部に設けてある上記枝管溶接機４のＸＹＺの各軸方向の位置及び各軸を中心とする角度姿勢を制御して、該枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を、上記溶接順序が１番目の枝管２ａに、傾きを防止した状態で側方より外嵌させて、該馬蹄型ガイド５の中心に上記溶接順序が１番目の枝管２ａを正確に配置させ、しかる後、上記制御装置１８より取得した上記溶接順序が１番目の枝管２ａと母管１の溶接個所についての位置計測結果の情報に基づいて、溶接トーチ１１（図７参照）を上記溶接順序が１番目の枝管２ａの周りで円周動作させながら、該枝管２ａと母管１との溶接個所を、周方向の全周に亘り溶接する。これにより、上記溶接順序が１番目の枝管２ａと母管１との溶接個所が周方向の全周に亘り正確に且つ確実に溶接されるようになる。

その後、上記センシングモジュール１５は、上記した溶接順序が２番目の枝管２ｂについてのセンシング作業が終了すると、図３に示すように、ガイドレール１２に沿って溶接順序が３番目の枝管２ｃの側方位置まで移動してから、該溶接順序が３番目の枝管２ｃに対するセンシング作業を行い、以降、同様に、上記センシングモジュール１５は、溶接モジュール１３による溶接作業の進行状況とは関わりなく、溶接順序に沿って溶接順序が最後の枝管２ｎに至るまで各枝管２ｃ，・・・，２ｎについてのセンシング作業を実施する。上記のようにして溶接順序が最後の枝管２ｎについてのセンシング作業が終了した後は、上記センシングモジュール１５は図４に示すように、ガイドレール１２の長手方向他端部に退避する。

なお、上記センシングモジュール１５による個々の枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎについて行うセンシング作業に要する時間よりも、上記溶接モジュール１３による１つの枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎについて個別に行う母管１との溶接作業に要する時間の方が長い場合は、上記センシングモジュール１５は、溶接モジュール１３により溶接作業を実施している枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎの溶接順序に関わらず、溶接順序がより後の枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎについて、先行してセンシング作業を実施するようにすればよい。

上記のようにしてセンシングモジュール１５による溶接順序が３番目の枝管２ｃから溶接順序が最後の枝管２ｎまでのセンシング作業が順次行われると、上記制御装置１８では、上記センシングモジュール１５よりその都度入力される各枝管２ｃ，・・・，２ｎについての位置計測結果の情報を、それぞれの溶接順序と関連付けて記憶する。

一方、上記溶接モジュール１３は、上記溶接順序が１番目の枝管２ａについての母管１との溶接作業が終了すると、上記ガイドレール１２における溶接順序が次となる溶接順序が２番目の枝管２ｂの側方の位置に上記センシングモジュール１５が配置されている間はその場で待機し、上記ガイドレール１２における溶接順序が２番目の枝管２ｂの側方の位置が空いている場合は、該枝管２ｂの側方位置へ移動する。

上記溶接順序が２番目の枝管２ｂの側方位置へ移動した溶接モジュール１３は、溶接対象となる溶接順序が２番目の枝管２ｂについて、上記制御装置１８に記憶してある位置計測結果の情報を取得し、該取得した位置計測結果の情報を基に、上記溶接順序が１番目の枝管２ａについて実施した溶接作業と同様に、多関節ロボット１４の先端部に設けてある上記枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を、上記溶接順序が２番目の枝管２ｂに外嵌させて、該馬蹄型ガイド５の中心に上記溶接順序が２番目の枝管２ｂを正確に配置させてから、上記制御装置１８より取得した上記溶接順序が２番目の枝管２ｂと母管１の溶接個所についての位置計測結果の情報に基づいて、溶接トーチ１１（図７参照）を円周動作させながら、該枝管２ｂと母管１との溶接個所を、周方向の全周に亘り溶接する。これにより、上記溶接順序が２番目の枝管２ｂと母管１との溶接個所が周方向の全周に亘り正確に且つ確実に溶接されるようになる。

その後、上記溶接モジュール１３は、溶接順序が３番目の枝管２ｃから、溶接順序が最後の枝管２ｎに至るまで、上記センシングモジュール１５により予め測定されて、制御装置１８に記憶してある各枝管２ｃ，・・・，２ｎについての位置計測結果の情報を順次取得ながら、該取得した位置計測結果の情報を基に、上記したと同様の枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５と溶接トーチ１１（図７参照）の位置の制御を伴う溶接作業を、上記各枝管２ｃ，・・・，２ｎに対して順次実施する。これにより、上記溶接順序が３番目の枝管２ｃから、溶接順序が最後の枝管２ｎについても、母管１との溶接個所が周方向の全周に亘り正確に且つ確実に溶接されるようになる。

このように、本発明の自動溶接方法及び装置によれば、母管１に取り付ける各枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎについてのセンシング作業と、母管１に対する溶接作業を、センサ装置１７を備えたセンシングモジュール１５と、枝管溶接機４を備えた溶接モジュール１３により独立して行わせるようにしてあるため、上記センシングモジュール１５では各枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎの位置計測を連続して次々に実施することができる一方、溶接モジュール１３では、溶接作業のみに時間を割くことができるようになる。

したがって、上記溶接モジュール１３を用いて溶接順序が１番目の枝管２ａから、溶接順序が最後から１つ前の枝管（図示せず）の溶接作業を実施している間に、上記センシングモジュール１５を用いて溶接順序が後の枝管２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎについてのセンシング作業を並行して（同時作業で）実施することができることから、上記母管１に対して該母管１の長手方向に配列された複数の枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎをすべて溶接するまでに要する溶接処理時間を、従来に比して大幅に低減させることができるようになる。よって、上記母管１に複数の枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎを溶接する溶接処理に関する単位時間当たりの処理能力（スループット）を向上させることが可能になる。

次に、図５は本発明の実施の他の形態を示すもので、図１に示したと同様の構成において、ガイドレール１２に、１基の溶接モジュール１３と、２基のセンシングモジュール１５を、上記ガイドレール１２の長手方向の一端側（図では右側）より順に並べて配置した状態で独立して往復動可能に取り付けたものである。

なお、上記ガイドレール１２は、上記各枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎのうち、最も母管１の長手方向の他端寄り（図では左寄り）に配置される枝管２ｎと対応する位置に上記溶接モジュール１３を配置するときに、上記ガイドレール１２の長手方向他端部に、上記２基のセンシングモジュール１５を退避させることができるような長さに設定してあるものとする。

その他の構成は図１に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。

本実施の形態によれば、溶接順序が１番目の枝管２ａから、溶接順序が最後から２つ前の枝管（図示せず）について、溶接モジュール１３を用いて母管１に対する溶接作業を実施している間に、上記２基のセンシングモジュール１５を用いて、溶接順序が後の２つの枝管２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎについてのセンシング作業を並行して実施することができる。

よって、本実施の形態によっても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。更に、１基のセンシングモジュール１５を用いて個々の枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎについて行うセンシング作業に、溶接モジュール１３を用いて個々の枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎに対して行う溶接作業時間の倍の時間を要する場合に、溶接モジュール１３を待機させる時間を短くすることができるようになるため、１基のセンシングモジュール１５を用いて個々の枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎについて行うセンシング作業に、溶接モジュール１３を用いて個々の枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎに対して行う溶接作業時間の倍の時間を要する場合により好適な装置構成とすることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、ガイドレール１２に、複数基の溶接モジュール１３と、単数又は複数基のセンシングモジュール１５を、上記ガイドレール１２の長手方向の一端側より順に並べて配置した状態で独立して往復動可能に取り付けた構成としてもよい。

更に、この場合、上記溶接モジュール１３とセンシングモジュール１５の数の比が、１基のセンシングモジュール１５を用いて個々の枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎについて行うセンシング作業に要する時間と、溶接モジュール１３を用いて個々の枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎに対して行う溶接作業に要する時間との比に近くなるようにすると、センシングモジュール１５の待機時間と、溶接モジュール１３の待機時間を短くする効果が期待できる。

枝管溶接機４の馬蹄型ガイド５を溶接対象となる枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎに外嵌させた後に、溶接トーチ１１（図７参照）のワイヤを用いたタッチセンシングにより、上記溶接対象の枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎと、その下方近傍の母管１との溶接個所に関し、予め周方向の全周に亘りその詳細な位置情報を得て、その位置情報を基に、溶接モジュール１３の多関節ロボット１４にずれ量を補正するためのティーチングを行ってから溶接を行わせるようにしたり、ずれ量の補正を行いながら溶接を行わせるようにしてもよい。

又、溶接モジュール１３に備える枝管溶接機は、枝管２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・，２ｎと母管１との溶接個所を周方向の全周に亘り溶接することができるようにしてあれば、ガイドとしての馬蹄型ガイド５と、該馬蹄型ガイド５に保持された状態でリングギア６と共に円周動作可能な溶接トーチ１１（図７参照）を備えてなる形式の枝管溶接機４以外のいかなる形式の枝管溶接機を採用してもよい。

溶接モジュール１３及びセンシングモジュール１５における各多関節ロボット１４及び１６の母管１の長手方向に沿う移動は、ガイドレール１２に沿うものとして示したが、該各多関節ロボット１４，１６を、上記母管１の長手方向に沿う走行軸を備えてなる形式のものとすれば、上記ガイドレール１２は省略してもよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

１母管
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｎ枝管
４枝管溶接機
１１溶接トーチ
１３溶接モジュール
１４多関節ロボット（ロボット）
１５センシングモジュール
１６多関節ロボット（ロボット）
１７センサ装置
１８制御装置

Claims

母管の長手方向の一端側より他端側へ配列した複数の枝管における最初の枝管について、母管の長手方向に移動可能なロボットの先端部にセンサ装置を備えたセンシングモジュールの該センサ装置によるセンシング作業を、上記母管の長手方向に移動可能な上記センシングモジュールのロボットとは別のロボットの先端部に溶接トーチを備えた枝管溶接機を設けてなる溶接モジュールによる溶接作業に先行して行って、該枝管についての位置計測結果の情報を、制御装置に一旦記憶させ、次いで、上記各枝管における２番目以降の枝管について、上記センシングモジュールのセンサ装置によるセンシング作業、及び該センシング作業によって得られる上記枝管についての位置計測結果の情報を制御装置に記憶させる作業をしているときに、上記溶接モジュールにより、上記制御装置に記憶された枝管の位置計測結果の情報を取得すると共に、該取得した位置計測結果の情報に基づいた枝管溶接機の溶接トーチの位置を制御しながら、上記各枝管の母管に対する溶接作業を行うようにすることを特徴とする自動溶接方法。
ロボットの先端部にセンサ装置を備えたセンシングモジュールと、上記センシングモジュールのロボットとは別のロボットの先端部に溶接トーチを備えた枝管溶接機を設けてなる溶接モジュールとを、複数の枝管を取り付けるための母管の片側で、該母管の長手方向に沿って独立して移動可能に設け、更に、上記センシングモジュールのセンサ装置によるセンシング作業によって得られる各枝管についての位置計測結果の情報を一旦記憶して、該一旦記憶した各枝管についての位置計測結果の情報を上記溶接モジュールへ与える機能を備えた制御装置を備え、上記センシングモジュールのセンサ装置によるセンシング作業、及び該センシング作業によって得られる上記枝管についての位置計測結果の情報を上記制御装置に送信する作業をしているときに、上記制御装置に記憶された枝管についての位置計測結果の情報を基に上記溶接モジュールによる溶接作業を行うことができる構成を有することを特徴とする自動溶接装置。